材料靜態(tài)彈性模量測(cè)試儀

一、概 述

本儀器采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，智能儀表（單片機(jī)）技術(shù)對(duì)樣品物理量位移、壓力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)全過(guò)程的檢測(cè)與控制，聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試。測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行于中文(英文)Windows xp/sp2環(huán)境，具有友好的中（英）文用戶操作界面；本儀器具有易于測(cè)試、易操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)打印輸出、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存檔等特點(diǎn)；為工廠、科研院所檢測(cè)材料制品的物理性能和科研教學(xué)提供了現(xiàn)代化的測(cè)試手段。

二、主要技術(shù)系數(shù)

1、壓力范圍：20000N

2、電源電壓：220V±10﹪

3、功耗：≤1KW

4、測(cè)量精度：相對(duì)誤差 <± 0.15%

5、變形量測(cè)量范圍：± 10mm

6、變形測(cè)量精度：相對(duì)誤差 <± 0.5%

7、加荷變形速率：0～1mm/min 可任意調(diào)節(jié)

8、測(cè)試溫度:常溫狀態(tài)環(huán)境

9、根據(jù)用戶要求可以提供計(jì)算機(jī)接口。 配接計(jì)算機(jī)測(cè)試應(yīng)力應(yīng)變曲線

三、儀器原理介紹

楊氏模量（即楊氏彈性模量）是材料在外力作用下，在彈性變形區(qū)域內(nèi)應(yīng)力與壓縮或伸長(zhǎng)形變之間關(guān)系的量度，其數(shù)值為試樣橫截面所受正應(yīng)力（α）與所產(chǎn)生的應(yīng)變（ε）之間的比值，以E表示，可以用于表征材料抵抗縱向彈性變形能力。碳素材料負(fù)荷后在彈性變形階段服從虎克定律，即碳素材料在彈性變化限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系為直線，所受的應(yīng)力與它所產(chǎn)生的應(yīng)變會(huì)成正比。根據(jù)這一定律，采用平穩(wěn)緩慢地增加載荷，施加壓力于試樣一段時(shí)間后，測(cè)得直線階段（應(yīng)力-變形彈性區(qū)域內(nèi)）試樣所受的負(fù)荷及相應(yīng)長(zhǎng)度的變化量，通過(guò)公示（1）計(jì)算出楊氏模量，見(jiàn)公式：

E=α/ε……………………………(1)

式中：

E—材料的楊氏模量，單位為吉帕（GPa）；

α—材料在外力作用下單位面積上所受的作用力，單位為吉帕（GPa）；

ε—材料因受外力作用而產(chǎn)生的相對(duì)伸長(zhǎng)量（即形變），以百分?jǐn)?shù)表示（%）。

抗壓抗折數(shù)據(jù)計(jì)算：

按下式計(jì)算每個(gè)試樣三點(diǎn)或四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度：

               3 F L                 

P₃ =  ------------------        

2 b h²

    3 F（L-l）

P₄ =  ------------------

               2 b h²

式中：

P₃------三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度，  MPa

P₄------四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度，  MPa

F------試樣斷裂時(shí)的大負(fù)荷，N

L--------試樣支座間的距離，mm

l--------壓頭間的距離，mm

b--------試樣寬度，mm

h--------試樣高度，mm

彎曲強(qiáng)度計(jì)算根椐GB6569-86附錄C數(shù)字修約到整數(shù)位，當(dāng)測(cè)定值小于100MPa時(shí)，有效數(shù)字修約到三位。

按下式算出標(biāo)準(zhǔn)偏差，有效數(shù)字修約到三位：

ΣP²-（ΣP）²/n

S =［---------------］  ^1/2

             n - 1

S為標(biāo)準(zhǔn)偏差，MPa

N為被測(cè)數(shù)量

P為壓縮強(qiáng)度，MPa

四、儀器介紹

試驗(yàn)設(shè)備：能測(cè)量材料應(yīng)力與應(yīng)變的設(shè)備，一般主要由加力設(shè)備、測(cè)壓儀、測(cè)變形儀器、數(shù)據(jù)處理器（如計(jì)算機(jī)、微處理器等）組成，由加力設(shè)備施加壓力于樣品，使用測(cè)壓儀測(cè)量壓力，通過(guò)側(cè)變形儀器測(cè)量樣品的形變，數(shù)據(jù)處理器負(fù)責(zé)測(cè)量、收集、計(jì)算數(shù)據(jù)，并得到測(cè)試結(jié)果，其中加力設(shè)備是要能提供適合于靜載荷的壓力加載系統(tǒng)（根據(jù)大載荷確定相適應(yīng)的量程）：測(cè)壓儀是能反映出作用于試樣上載荷的數(shù)值的測(cè)力，示值系統(tǒng)（根據(jù)終載荷確定測(cè)力大刻度）；測(cè)變形儀器是能測(cè)量試樣在彈性范圍內(nèi)微小變形量的儀器（量程與終變形量相適應(yīng)，測(cè)量精度為：1um）。

五、樣品測(cè)試步驟

1、將試樣放在受壓中心的位置上。

2、打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，把電位器調(diào)至小位置。

3、把扭字開(kāi)關(guān)撥向“上升”位置。

4、雙擊測(cè)試軟件的圖標(biāo)進(jìn)入測(cè)試界面。

5、選擇測(cè)試方法，比如：雙擊“彈性模量”進(jìn)入測(cè)試界面。

6、單擊“實(shí)驗(yàn)開(kāi)始”，電機(jī)即啟動(dòng)，可聽(tīng)見(jiàn)電機(jī)工作的聲音。

7、在加壓過(guò)程中，軟件會(huì)全程記錄數(shù)據(jù)。直至試樣壓碎。(如壓力達(dá)到預(yù)定的壓力，也可點(diǎn)擊試驗(yàn)結(jié)束來(lái)停止實(shí)驗(yàn))

8、單擊“停止按鈕”電機(jī)停止工作。

10、單擊“退出”即完成一次實(shí)驗(yàn)。

11、其余的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度全部按以上步驟來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。

六、測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算處理

根據(jù)第2次加壓測(cè)得的壓力與試樣的變形量按公司（2）計(jì)算楊氏模量E：

……………………(2)

式中：

—材料的楊氏模量，單位為吉帕（GPa）;

—測(cè)試開(kāi)始后，測(cè)量點(diǎn)t的壓力，單位為千牛（KN）；

—測(cè)試前試樣的初始長(zhǎng)度，單位為毫米（mm）；

—試樣的截面積，單位為平方毫米（mm2）

—測(cè)試開(kāi)始后，相應(yīng)于時(shí)的試樣的初始長(zhǎng)度與測(cè)量點(diǎn)t的試樣長(zhǎng)度的差值，單位為毫米（mm），計(jì)算結(jié)果修約至小數(shù)點(diǎn)后1位數(shù)字。

三點(diǎn)彎曲計(jì)算楊氏模量E：

            3 L （P₂-P₁）                

E = --------------- X 10^-3         

2 b h² (￡₂-￡₁)

式 中 :

E — 三點(diǎn)彎曲加載方式測(cè)量的彈性模量，單位吉帕(GPa);

P1 、P2— 分別為材料在線性范圍內(nèi)加載的初載荷和末載荷，單位牛頓(N);

L— 試 樣 支 座間的距離，單位毫米(mm);

b— 試 樣 寬 度，單位毫米(mm);

h— 試 樣 厚 度，單位毫米(mm);

￡₂、￡₁— 分別為與 P1和 P2對(duì)應(yīng)的試樣跨中的應(yīng)變，無(wú)量綱。